[发明专利]一种顺煤层钻孔钻进注水一体化装置及方法

说明书

本发明属于煤层注水领域，涉及一种顺煤层钻孔钻进注水一体化装置及方法，包括钻头、钻杆以及钻机，还包括设置在钻杆之间的依次连接的高低压转换装置以及膨胀式封隔器，高低压转换装置与膨胀式封隔器内设置有中心管，高低压转换装置在与远离钻机端的钻杆连通的一端设置有同中心管导通的出口；中心管靠近高低压转换装置的一端通过弹性阀门组件将高低压转换装置分隔为内管路与外管路，中心管的另一端与钻机端的钻杆连通。本发明结构简单，操作简便，降低了装置的复杂程度，减少了额外下放封孔器的劳动力，提升顺煤层钻孔注水效率。

技术领域

本发明属于煤层注水领域，涉及一种顺煤层钻孔钻进注水一体化装置及方法。

背景技术

煤矿井下防治煤与瓦斯突出的关键在于高效的瓦斯抽采降低煤层瓦斯含量和压力，但因我国煤层赋存条件如煤质松软和地质条件不稳定等问题，导致煤层透气性差、应力集中等因素进而导致煤层瓦斯难抽采。

煤层注水是松软煤层常用的煤层增透的方法之一，其主要作用是增加煤体含水率、形成微裂隙和分散煤体所受应力。煤层中水对煤的吸附作用强于瓦斯，因此注水还能将煤层中的吸附瓦斯置换为游离瓦斯，增加透气性的同时增加抽采率，为煤矿安全高效开采提供了安全保障。

可重复使用封孔器的出现，很好的替代了采用钢管和水泥浆封孔的煤层注水工艺，无需专门施工注水孔就可以在任意顺煤层钻孔实施煤层注水。目前采用封孔器的煤层注水方法在顺煤层钻孔施工完毕后，需要采用人力的方式依次安装筛管、封孔器、钢管、孔口拉索等，注水后再次拆卸，整个流程操作繁琐且劳动强度大。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种顺煤层钻孔钻进注水一体化装置及方法，在简化现有结构的基础上节约工作量，减少劳动强度，并提升煤层注水效率。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种顺煤层钻孔钻进注水一体化装置，包括钻头、钻杆以及钻机，还包括设置在钻杆之间的依次连接的高低压转换装置以及膨胀式封隔器，高低压转换装置与膨胀式封隔器内设置有中心管，高低压转换装置在与远离钻机端的钻杆连通的一端设置有同中心管导通的出口；

中心管靠近高低压转换装置的一端通过弹性阀门组件将高低压转换装置分隔为内管路与外管路，中心管的另一端与钻机端的钻杆连通。

可选的，出口的直径小于中心管直径。

可选的，钻杆为耐高压密封钻杆。

可选的，中心管通过高低压转换装置与钻机端的钻杆导通，该钻机端的钻杆末端设置有转换接头，该转换接头通过高压胶管连接有注水泵。

可选的，弹性阀门组件包括弹簧以及滑套环。

一种顺煤层钻孔钻进注水一体化方法，应用如上述的一种顺煤层钻孔钻进注水一体化装置，包括以下步骤：

步骤1，设计顺煤层钻孔施工参数、膨胀式封隔器距孔口距离、注水量、注水压力；

步骤2，先将高低压转换装置连接钻杆，再将膨胀式封隔器连接高低压转换装置，根据施工参数使用煤矿井下小于3MPa的低压水进行顺煤层钻孔施工，施工到深度为X时停止钻进，此时水仅从中心管流出，膨胀式封隔器不发生膨胀；

X的计算公式如下：

X＝L-m-n-p

上式中，L为顺煤层钻孔设计长度，m为膨胀式封隔器距孔口距离，n为膨胀式封隔器长度，p为高低压转换装置长度；

步骤3，继续连接钻杆施工至顺煤层钻孔设计长度后停止钻进，使钻机动力头处于抱死钻杆状态并停机；

步骤4，从钻杆上拆下顺煤层钻孔施工排渣所用的旋转水尾，将钻杆与注水泵连通；